棉花会主动“找磷”！科研团队揭示其中奥秘

　　石榴云/新疆日报记者 盖有军

　　近日，由中国农业科学院西部农业研究中心宋美珍研究员领衔的高品质棉花生产模式与技术创新团队，在棉花磷素高效利用研究领域取得新突破。

　　“研究发现，耐低磷基因型棉花通过增强根系形态可塑性、增加有机酸分泌、提升土壤酶活性，并特异性招募有益微生物群落，能显著提高磷素利用效率。”宋美珍说，这一研究为通过遗传改良、根际微生物调控途径实现棉花绿色高效施肥提供了重要的理论支撑。

　　磷是作物生长发育必需的大量营养元素之一，与根系发育、能量代谢和产量形成密切相关。但现实情况是，土壤中的磷往往以难溶状态被“锁”在矿物颗粒中，植物根系不容易把它“取出来”吸收利用。这不仅会影响作物长势和产量，也会增加施肥成本。对棉花生产来说，这个问题尤其值得关注。

　　作为我国最大的棉花主产区，新疆棉花产量的稳定性，关系着国家棉花全产业链安全。长期以来，磷肥利用率不高、过量施肥带来的土壤板结和生态环境压力，始终是制约棉花绿色可持续发展的现实问题。

　　宋美珍介绍，这项研究将关注点放到了棉花根际这个“地下微世界”。所谓根际，就是作物根系和土壤接触最活跃的那一圈区域。这里既有根系释放出来的有机酸、糖类等物质，也有大量微生物参与养分转化。换言之，棉花根系并非“单打独斗”，而是在地下和微生物一起“打配合”。

　　为揭示棉花在低磷条件下的适应机制，科研团队选取了两种表现不同的棉花材料：一种是缺磷时会“找磷、用磷”的BX014，另一种是缺磷时长势更容易受影响的DLNTDH。研究人员在温室条件下开展了多年试验，围绕植株长势、根系形态、根系分泌物、土壤酶活性和根际微生物群落等指标进行了系统分析。

　　结果显示，在低磷条件下，BX014表现出更强的适应能力。与另一种材料相比，其株高、干物质积累和磷利用效率都更高。进一步分析发现，BX014会把根“铺”得更开，通过增加总根长、根表面积和根尖数量等方式，把“找磷”的范围尽量扩大。

　　光把根铺开还不够，BX014还有“第二招”——往根边释放更多有机酸。像甲酸、苹果酸、乳酸、乙酸这些物质，在低磷条件下分泌得更多，其中柠檬酸、苹果酸和草酸占比较高。这些物质能帮助原本难以利用的磷素逐步释放出来。通俗而言，就是棉花根系通过改变周围的小环境，把原本“锁”在土里的磷慢慢“唤醒”。

　　更有意思的是，这种棉花还会主动“找帮手”。研究发现，在BX014的根际周围，变形菌门、放线菌门以及芽孢杆菌等有益微生物明显增多。这些微生物能参与土壤养分循环，增强相关酶活性，帮助棉花把难溶性磷素活化出来。也就是说，在低磷环境下，棉花根系一边调整自己，一边吸引微生物聚集，大家一起完成“找磷、活磷、用磷”的过程。

　　数据也证明了这种“植物+微生物”协同模式的效果。BX014的磷利用效率比敏感材料高出48.3%，结构方程模型分析显示，根系分泌物、微生物量和土壤酶活性等因素共同贡献了BX014生物量变异的91%。

　　“这项研究的现实意义，不只是解释了棉花为什么能在低磷条件下长得更好，更重要的是为产业应用提供了方向。”宋美珍说，一方面，可为筛选和培育磷高效棉花品种提供依据；另一方面，也为开发根际微生物菌剂、优化棉花减肥增效技术、推动棉田绿色生产提供了新思路。未来，如果能够把磷高效品种选育与微生物调控、精准施肥结合起来，就有望在减少磷肥投入的同时，提高棉花产量和土壤健康水平。